金屬切削加工1

1、金屬切削加工金屬切削加工是用切削工具將坯料或工件上的多余是用切削工具將坯料或工件上的多余材料切除，以獲得所要求的尺寸、形狀、位置精材料切除，以獲得所要求的尺寸、形狀、位置精度和表面質(zhì)量的加工方法。度和表面質(zhì)量的加工方法。金屬切金屬切削加工削加工鉗工鉗工機(jī)械加工機(jī)械加工加工方法有劃線、加工方法有劃線、鏨、鋸、刮、研、鏨、鋸、刮、研、攻螺絲、套螺絲等攻螺絲、套螺絲等通過(guò)操作機(jī)床來(lái)完成通過(guò)操作機(jī)床來(lái)完成切削加工的，如車、切削加工的，如車、鉆、刨、磨、齒輪加鉆、刨、磨、齒輪加工等工等金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí)金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí)切削運(yùn)動(dòng)與工件上形成的表面切削運(yùn)動(dòng)與工件上形成的表面 機(jī)床為實(shí)現(xiàn)切削加工所必需具有的

2、加工工件與機(jī)床為實(shí)現(xiàn)切削加工所必需具有的加工工件與工具間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它包括工具間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它包括主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)和和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)：是指在切削加工中速度最高、消耗功率最：是指在切削加工中速度最高、消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)。大的運(yùn)動(dòng)。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：是指在切削加工中，使工件的多余材料：是指在切削加工中，使工件的多余材料不斷被去除的運(yùn)動(dòng)。不斷被去除的運(yùn)動(dòng)。 切削運(yùn)動(dòng)及切削要素切削運(yùn)動(dòng)及切削要素注釋注釋:1、主運(yùn)動(dòng)可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以是往復(fù)運(yùn)動(dòng)；、主運(yùn)動(dòng)可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以是往復(fù)運(yùn)動(dòng)；2、主運(yùn)動(dòng)可以是工件來(lái)實(shí)現(xiàn)（車外圓）、主運(yùn)動(dòng)可以是工件來(lái)實(shí)現(xiàn)（車外圓）,主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng) 也可以是刀具

3、來(lái)實(shí)現(xiàn)也可以是刀具來(lái)實(shí)現(xiàn)（磨、刨、銑加工）（磨、刨、銑加工）;3、主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有一個(gè)以上。、主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有一個(gè)以上。待加工表面待加工表面：指加工時(shí)工件上有待切除的表面；：指加工時(shí)工件上有待切除的表面；已加工表面已加工表面：指工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面：指工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面;過(guò)渡表面過(guò)渡表面： 指工件上由刀具切削刃形成的表面。指工件上由刀具切削刃形成的表面。 切削用量切削用量切削三要素切削三要素切削速度切削速度進(jìn)給量進(jìn)給量背吃刀量背吃刀量指在主運(yùn)動(dòng)一個(gè)工作循環(huán)指在主運(yùn)動(dòng)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，刀具與工件在進(jìn)給方內(nèi)，刀具與工件在進(jìn)給方向上的相對(duì)位移向上的相對(duì)位移

4、指在單位時(shí)間內(nèi)工件和刀具指在單位時(shí)間內(nèi)工件和刀具沿主運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移沿主運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移待加工表面到已加工表待加工表面到已加工表面間的垂直距離面間的垂直距離切削層參數(shù)切削層參數(shù)切削層公稱橫截面積切削層公稱橫截面積：切削層在切削層尺寸平面里的實(shí)際橫截面積。：切削層在切削層尺寸平面里的實(shí)際橫截面積。 切削層公稱寬度切削層公稱寬度：沿主切削刃度量的切削層尺寸；：沿主切削刃度量的切削層尺寸；切削層公稱厚度切削層公稱厚度：橫截面積比公稱寬度；：橫截面積比公稱寬度； 刀具材料 1、對(duì)刀具材料的要求（1）較高硬度，常溫下60HRC以上（2）足夠的強(qiáng)度和韌性（3）良好的耐磨性（4）良好耐熱性（5）良好工藝

5、性銑刀、齒輪刀具鉸刀、拉刀手工工具用途小小大熱處理變形 10.50.6 0.20.4速比600200300200耐熱性 OCHRC6265HRC6165HRC6165硬度W18Cr4VCrWMn、9SiCrT10、T10AT12例高速鋼合金工具鋼碳素工具鋼2、常用刀具材料的性能及用途硬質(zhì)合金陶瓷材料人造金剛石例鎢鈷類（K）鎢鈦鈷類（P）K01P01硬度HRA8991（HRC7478）HRA8696HV10000 (硬質(zhì)合金為HV13001800)耐熱性 OC85010001200700800 速比61214熱處理變形不需要用途各種刀片高硬度鋼材精加工不宜加工鋼鐵材料碳素鋼刀具高速鋼刀具硬質(zhì)合金

6、刀塊刀具角度刀具角度 1.刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成刀頭刀頭:(三面三面) 前刀面：切屑流過(guò)的表面前刀面：切屑流過(guò)的表面 主后刀面：刀具上與加工表面相對(duì)的表面主后刀面：刀具上與加工表面相對(duì)的表面 副后刀面：刀具上與已加工表面相對(duì)的表面副后刀面：刀具上與已加工表面相對(duì)的表面 (兩刃兩刃) 主切削刃：刀具上前刀面與主后刀面的交線主切削刃：刀具上前刀面與主后刀面的交線 副切削刃：刀具上前刀面與副后刀面的交線副切削刃：刀具上前刀面與副后刀面的交線 (一尖一尖) 主切削刃與副切削刃的交點(diǎn)主切削刃與副切削刃的交點(diǎn) 車刀切削角度的坐標(biāo)平面車刀切削角度的坐標(biāo)平面基基 面面切削平面切削平面正交平面正交

7、平面過(guò)主切削刃上的某一過(guò)主切削刃上的某一點(diǎn)，與主運(yùn)動(dòng)方向相點(diǎn)，與主運(yùn)動(dòng)方向相垂直的平面垂直的平面過(guò)主切削刃上的某一點(diǎn)，過(guò)主切削刃上的某一點(diǎn)，于切削刃相切并垂直于于切削刃相切并垂直于基面的平面基面的平面過(guò)主切削刃上的某一點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面過(guò)主切削刃上的某一點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面和切削平面的平面刀具角度說(shuō)明刀具角度說(shuō)明前角前角o前刀面與基面間的前刀面與基面間的夾角夾角 前角大，刃口鋒利，切屑變前角大，刃口鋒利，切屑變小，切削力小，切削輕快。但小，切削力小，切削輕快。但易產(chǎn)生崩刃。易產(chǎn)生崩刃。后角后角o主后刀面與切削平主后刀面與切削平面間的夾角面間的夾角 增大后角可減少摩擦，提高工增

8、大后角可減少摩擦，提高工件加工質(zhì)量和刀具耐用度，并件加工質(zhì)量和刀具耐用度，并使切削刃鋒利。使切削刃鋒利。PoPrPso0 r已 加 工 面加 工 面待 加 工 面r主偏角主偏角r主切削刃與進(jìn)給方向間的主切削刃與進(jìn)給方向間的夾角夾角 影響切削層的形狀，切削刃的工作影響切削層的形狀，切削刃的工作長(zhǎng)度和單位切削刃上的負(fù)荷。減少長(zhǎng)度和單位切削刃上的負(fù)荷。減少r，主切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷減少，刀具主切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷減少，刀具磨損小，耐用。磨損小，耐用。副偏角副偏角r 副切削刃與進(jìn)給反方副切削刃與進(jìn)給反方向間的夾角向間的夾角 影響已加工表面的粗糙度和刀尖影響已加工表面的粗糙度和刀尖強(qiáng)度，減少?gòu)?qiáng)度，減

9、少r ，減少表面的粗糙度，減少表面的粗糙度的數(shù)值，還可提高刀具強(qiáng)度。過(guò)小，的數(shù)值，還可提高刀具強(qiáng)度。過(guò)小，會(huì)使副切削刃與已加工面的摩擦增加，會(huì)使副切削刃與已加工面的摩擦增加，引起振動(dòng)，降低表面質(zhì)量。引起振動(dòng)，降低表面質(zhì)量。主偏角、主偏角、副偏角對(duì)副偏角對(duì)殘留面積殘留面積的影響的影響PoPrPso0 r已加工面加工面待加工面rfnPsPrPo0 r已加工面 r注意：車外注意：車外圓與車端面圓與車端面主、副偏角主、副偏角的變化的變化刃傾角s：在主切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。刃傾角主要影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和排屑方向。 刀具的工作角度刀具的工作角度車外圓時(shí)車刀安車外圓時(shí)車刀安裝裝高度高

10、度對(duì)前角、對(duì)前角、后角的影響后角的影響車外圓時(shí)車刀安車外圓時(shí)車刀安裝裝偏斜偏斜對(duì)主偏角、對(duì)主偏角、和副偏角的影響和副偏角的影響刀具結(jié)構(gòu)刀具結(jié)構(gòu)整體式整體式焊接式焊接式機(jī)夾可機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式轉(zhuǎn)位式多為高速鋼車刀，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使多為高速鋼車刀，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用都方便用都方便不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，保持了硬質(zhì)合金的原有性能，提高了刀具的耐用度保持了硬質(zhì)合金的原有性能，提高了刀具的耐用度結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、剛性好，可磨出各種所需結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、剛性好，可磨出各種所需角度，應(yīng)用廣泛角度，應(yīng)用廣泛機(jī)夾重機(jī)夾重磨式磨式常見(jiàn)刀具的結(jié)構(gòu)形式常見(jiàn)

11、刀具的結(jié)構(gòu)形式金屬的切削過(guò)程金屬的切削過(guò)程 金屬在切削過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一系列物理現(xiàn)象，如金屬在切削過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一系列物理現(xiàn)象，如金屬變形、切削力、切削熱、刀具磨損等，這些都是金屬變形、切削力、切削熱、刀具磨損等，這些都是以切屑形成過(guò)程為基礎(chǔ)產(chǎn)生的。以切屑形成過(guò)程為基礎(chǔ)產(chǎn)生的。切屑形成過(guò)程及切屑種類切屑形成過(guò)程及切屑種類1. 切屑形成過(guò)程切屑形成過(guò)程切削層切削層的金屬的金屬?gòu)椥宰冃螐椥宰冃嗡苄宰冃嗡苄宰冃螖D裂擠裂切離切離切切屑屑切削層的金切削層的金屬受到刀具屬受到刀具前刀面的推前刀面的推擠后產(chǎn)生彈擠后產(chǎn)生彈性變形性變形隨著切應(yīng)力、切應(yīng)變隨著切應(yīng)力、切應(yīng)變逐漸增大，達(dá)到其屈逐漸增大，達(dá)到其屈服強(qiáng)度

12、時(shí)，產(chǎn)生塑性服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生塑性變形而滑移變形而滑移刀具繼續(xù)切入時(shí)，材刀具繼續(xù)切入時(shí)，材料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變繼續(xù)增大，當(dāng)切應(yīng)力繼續(xù)增大，當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到其斷裂強(qiáng)度時(shí)，達(dá)到其斷裂強(qiáng)度時(shí)，金屬材料被擠裂金屬材料被擠裂沿刀沿刀具前具前刀面刀面流出流出 2. 切屑的種類切屑的種類呈連綿不斷的帶狀或螺旋呈連綿不斷的帶狀或螺旋狀狀,與刀具接觸的底層光滑，與刀具接觸的底層光滑，背面呈毛絨狀背面呈毛絨狀帶狀帶狀切屑切屑切削過(guò)程平穩(wěn)，切削過(guò)程平穩(wěn)，切削力變化小，切削力變化小，工件表面光潔工件表面光潔; 必必須采取斷屑措施須采取斷屑措施節(jié)狀節(jié)狀切屑切屑在節(jié)狀切屑的整個(gè)剪切面在節(jié)狀切屑的整個(gè)剪切面上，切應(yīng)

13、力超過(guò)了材料的上，切應(yīng)力超過(guò)了材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)，整個(gè)單元被斷裂強(qiáng)度時(shí)，整個(gè)單元被切離形成粒狀切屑切離形成粒狀切屑在加工塑性較差在加工塑性較差的材料時(shí)，采用的材料時(shí)，采用較小的前角或負(fù)較小的前角或負(fù)前角的刀具并以前角的刀具并以極低的切削速度、極低的切削速度、大的背吃刀量和大的背吃刀量和進(jìn)給量進(jìn)行切削進(jìn)給量進(jìn)行切削時(shí)形成的時(shí)形成的崩碎崩碎切屑切屑切削層金屬發(fā)生彈性變形切削層金屬發(fā)生彈性變形后，一般不經(jīng)過(guò)塑性變形后，一般不經(jīng)過(guò)塑性變形就突然崩裂而形成形狀不就突然崩裂而形成形狀不規(guī)則的崩碎切屑規(guī)則的崩碎切屑工件材料脆性越大，工件材料脆性越大，刀具前角越小，背吃刀具前角越小，背吃刀量和進(jìn)給量越大，刀量和

14、進(jìn)給量越大，越易產(chǎn)生此類切削越易產(chǎn)生此類切削積屑瘤積屑瘤 1. 積屑瘤的形成積屑瘤的形成 切削過(guò)程中，由于金屬的擠壓和強(qiáng)烈摩擦，使切切削過(guò)程中，由于金屬的擠壓和強(qiáng)烈摩擦，使切屑與前刀面之間產(chǎn)生很大的應(yīng)力和很高的切削溫度。屑與前刀面之間產(chǎn)生很大的應(yīng)力和很高的切削溫度。當(dāng)應(yīng)力和溫度條件適當(dāng)時(shí)，切屑底層與前刀面之間的當(dāng)應(yīng)力和溫度條件適當(dāng)時(shí)，切屑底層與前刀面之間的摩擦力很大，使得切屑底層流出速度變得緩慢，形成摩擦力很大，使得切屑底層流出速度變得緩慢，形成一層很薄的一層很薄的“滯流層滯流層”，當(dāng)滯流層與前刀面的摩擦阻，當(dāng)滯流層與前刀面的摩擦阻力超過(guò)切屑內(nèi)部的結(jié)合力時(shí)，滯流層的金屬與切屑分力超過(guò)切屑內(nèi)部的

15、結(jié)合力時(shí)，滯流層的金屬與切屑分離而粘附在切削刃附近形成積屑瘤離而粘附在切削刃附近形成積屑瘤. 積屑瘤對(duì)切削加工的影響積屑瘤對(duì)切削加工的影響有利方面有利方面保護(hù)刀具保護(hù)刀具增加工增加工作前角作前角積屑瘤硬積屑瘤硬度很高度很高可代替切削刃可代替切削刃進(jìn)行切屑，減進(jìn)行切屑，減少刀具的磨損少刀具的磨損積屑瘤的存在，積屑瘤的存在，使刀具的實(shí)際工使刀具的實(shí)際工作前角增大作前角增大可減小切削變可減小切削變形和切削力，形和切削力，使切削輕快使切削輕快不利方面不利方面影響工件尺影響工件尺寸精度寸精度影響工件表影響工件表面粗造度面粗造度積屑瘤破裂后會(huì)劃傷表面，加積屑瘤破裂后會(huì)劃傷表面，加快刀具磨損快刀具磨損會(huì)形成

16、硬點(diǎn)和毛刺，使工件表面粗會(huì)形成硬點(diǎn)和毛刺，使工件表面粗造度值增大造度值增大時(shí)大時(shí)小，時(shí)有時(shí)無(wú)，使切削時(shí)大時(shí)小，時(shí)有時(shí)無(wú)，使切削力產(chǎn)生波動(dòng)而引起振動(dòng)力產(chǎn)生波動(dòng)而引起振動(dòng)積屑瘤的頂端突出于切削刃之外，積屑瘤的頂端突出于切削刃之外，使實(shí)際的背吃刀量不斷變化使實(shí)際的背吃刀量不斷變化 3. 積屑瘤的控制積屑瘤的控制影響積屑瘤影響積屑瘤的因素的因素工件材料工件材料切削用量切削用量刀具角度刀具角度切削液等切削液等控制措施控制措施要避免在中速加工塑性材料要避免在中速加工塑性材料增大前角可減小切削變形，降低切削增大前角可減小切削變形，降低切削溫度，減小積屑瘤的高度溫度，減小積屑瘤的高度采用潤(rùn)滑性能優(yōu)良的切削液可

17、減少采用潤(rùn)滑性能優(yōu)良的切削液可減少甚至消除積屑瘤甚至消除積屑瘤 切削力的構(gòu)成與分解切削力的構(gòu)成與分解切削力及切削功率切削力及切削功率切削力切削力:總切削力在切削速度方向上的分總切削力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小約占總力，垂直于基面，其大小約占總的切削合力的。的切削合力的。背向力背向力:總切削力在背吃刀量方向上的分力總切削力在背吃刀量方向上的分力;它在基面內(nèi)。它在基面內(nèi)。進(jìn)給力：進(jìn)給力：總切削力在進(jìn)給方向上的分力總切削力在進(jìn)給方向上的分力;它在基面內(nèi)。它在基面內(nèi)。 2. 2. 影響總切削力的因素影響總切削力的因素 3. 3. 切削功率切削功率 切削功率是各切削分力消耗功率的總和。切

18、削功率是各切削分力消耗功率的總和。工件材料工件材料切削用量切削用量刀具角度刀具角度強(qiáng)度、硬度高、塑性、韌性強(qiáng)度、硬度高、塑性、韌性大，總切削力大。大，總切削力大。背吃刀量、進(jìn)給量、切削速度。背吃刀量、進(jìn)給量、切削速度。前角越大，切削層材料變形前角越大，切削層材料變形越小，總切削力越小。越小，總切削力越小。切削熱和切削溫度切削熱和切削溫度1. 切削熱的產(chǎn)生、傳出及切削熱的產(chǎn)生、傳出及對(duì)加工的影響對(duì)加工的影響切削熱的來(lái)源切削熱的來(lái)源切削層的金屬發(fā)生彈性變形、切削層的金屬發(fā)生彈性變形、塑性變形而產(chǎn)生大量的熱塑性變形而產(chǎn)生大量的熱切屑與刀具前刀面產(chǎn)切屑與刀具前刀面產(chǎn)生的摩擦生的摩擦工件與刀具后刀面產(chǎn)生

19、的摩擦工件與刀具后刀面產(chǎn)生的摩擦切削熱的傳出切削熱的傳出傳入切屑傳入切屑，約占總熱量的，約占總熱量的，對(duì)切削加工無(wú)不利影響，對(duì)切削加工無(wú)不利影響傳入工件傳入工件，約占總熱量的，約占總熱量的，會(huì)使工件膨脹或伸長(zhǎng)，產(chǎn)生尺寸和形狀誤會(huì)使工件膨脹或伸長(zhǎng)，產(chǎn)生尺寸和形狀誤差，影響加工精度差，影響加工精度傳入刀具傳入刀具，約占總熱量的，使刀具，約占總熱量的，使刀具溫度升高，硬度下降，磨損加快，耐用度降溫度升高，硬度下降，磨損加快，耐用度降傳入周圍介質(zhì)傳入周圍介質(zhì)，約占總熱量的，對(duì)切削，約占總熱量的，對(duì)切削加工無(wú)不利影響加工無(wú)不利影響 2. 切削溫度及其影響因素切削溫度及其影響因素 3. 降低切削溫度的措施

20、降低切削溫度的措施切削溫度一般是指切削區(qū)的平均溫度。切削溫度一般是指切削區(qū)的平均溫度。(1) 選擇合理的刀具角度和切削用量選擇合理的刀具角度和切削用量(2) 使用切削液使用切削液其高低取決于切削時(shí)產(chǎn)生熱量的多少和傳出條件的好其高低取決于切削時(shí)產(chǎn)生熱量的多少和傳出條件的好壞，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等對(duì)切削壞，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等對(duì)切削溫度均有影響溫度均有影響刀具磨損和刀具耐用度刀具磨損和刀具耐用度 刀具的磨損形式及過(guò)程刀具的磨損形式及過(guò)程刀具的磨損形式刀具的磨損形式:前刀面磨損；后刀面磨損；前、前刀面磨損；后刀面磨損；前、后刀面同時(shí)磨損后刀面同時(shí)磨損.刀具的磨損過(guò)程刀

21、具的磨損過(guò)程:初期磨損階段初期磨損階段正常磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段急劇磨損階段刃磨后的刀具，前、后刀面刃磨后的刀具，前、后刀面上高低不平，受到切屑的沖上高低不平，受到切屑的沖擊和摩擦?xí)r，將擊和摩擦?xí)r，將“凸峰凸峰”很很快磨去，時(shí)間很短快磨去，時(shí)間很短刀具上的高低不平已被磨去，刀具上的高低不平已被磨去，磨損量增加緩慢且比較穩(wěn)定磨損量增加緩慢且比較穩(wěn)定切削刃變鈍，刀具與工件之間切削刃變鈍，刀具與工件之間的摩擦變大，切削力增大，切的摩擦變大，切削力增大，切削溫度上升，磨損加劇，刀具削溫度上升，磨損加劇，刀具失去正常的切削能力失去正常的切削能力 刀具耐用度刀具耐用度 刀具允許的磨損限度通常用后

22、刀面的磨損高度表刀具允許的磨損限度通常用后刀面的磨損高度表示。但這種磨損標(biāo)準(zhǔn)很難掌握示。但這種磨損標(biāo)準(zhǔn)很難掌握,而引入而引入刀具耐用度刀具耐用度的概念。的概念。指刀具刃磨后從開(kāi)始切削直到磨損量達(dá)到磨損標(biāo)準(zhǔn)為止的指刀具刃磨后從開(kāi)始切削直到磨損量達(dá)到磨損標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時(shí)間用表示。切削時(shí)間用表示。金屬材料的切削加工性金屬材料的切削加工性 切削加工性是指材料加工的難易程度。它主要切削加工性是指材料加工的難易程度。它主要取決于材料的力學(xué)性能且與材料的熱處理狀態(tài)有取決于材料的力學(xué)性能且與材料的熱處理狀態(tài)有關(guān)。關(guān)。切削用量的合理選擇切削用量的合理選擇1、切削用量同加工生產(chǎn)率的關(guān)系、切削用量同加工生產(chǎn)率的關(guān)系2、切削用量的選用原則、切削用量的選用原則1) 切削用量切削用量對(duì)加工質(zhì)對(duì)加工質(zhì)量的影響量的影響當(dāng)切削速